JP6869685B2 - Wind farm and wind farm - Google Patents
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Description
本発明は、複数の風力発電装置が設置されるウィンドファーム及び風力発電装置に係り、特に、各風力発電装置の損傷度を低減し得るウィンドファーム及び当該ウィンドファーム設置するに好適な風力発電装置に関する。 The present invention relates to a wind farm and a wind power generation device in which a plurality of wind power generation devices are installed, and more particularly to a wind farm capable of reducing the degree of damage of each wind power generation device and a wind power generation device suitable for installing the wind farm. ..
複数の風力発電装置が隣接して設置されているウィンドファームにおいては、風上側に位置する風力発電装置を通過した風車後流(単に、後流とも称される)と呼ばれる風が風下側に位置する風力発電装置に流入する。この風車後流中においては、風力発電装置の発電量が減少する、及び風力発電装置の損傷度が増加するなどの課題が生ずる。このような課題に対応すべく、風上側に位置する風力発電装置のブレードの傾斜角を制御する方法、或は隣接する風力発電装置のロータ回転方向を反対にする方法などが提案されている。 In a wind farm where multiple wind turbines are installed adjacent to each other, the wind called the wake of the wind turbine (also simply called the wake) that has passed through the wind farm located on the windward side is located on the leeward side. Inflow into the wind farm. In the wake of the wind turbine, problems such as a decrease in the amount of power generated by the wind turbine generator and an increase in the degree of damage to the wind turbine generator occur. In order to deal with such a problem, a method of controlling the inclination angle of the blade of the wind power generation device located on the windward side, or a method of reversing the rotor rotation direction of the adjacent wind power generation device has been proposed.
例えば、特許文献1では、風上側に位置する風力発電装置のブレードの傾斜角(ピッチ角)を制御する方法が開示され、複数の風力発電機(T1,Ti―1,Ti)を備えるウィンドファームにおいて、ウィンドファームの稼働中に風力発電機(T1,Ti―1,Ti)の動作パラメータを最適化目標に従って調節する構成が記載されている。そして、上記最適化目標を、複数の風力発電機(T1,Ti―1,Ti)の全ての個別出力(Pi)の合計から形成されるウィンドファームの総出力の最大値とする旨開示されている。
また、特許文献2では、ロータが第1の回転方向を有する第1の風力発電装置、及び第1の風力発電装置のロータの回転方向とは反対方向の第2の回転方向に回転するロータを有する第2の風力発電装置を、横方向又は縦方向に一定距離だけ離隔するよう配置する構成が開示されている。これら第1の風力発電装置及び第2の風力発電装置は、相互に隣接し、且つ、交互に配置され、相互に反対方向にロータが回転することにより各々のロータの回転により生ずる渦流の影響を相互減少させることで、風力発電装置の寿命を向上する旨記載されている。
For example,
Further, in
しかしながら、特許文献1に記載されるウィンドファームにおいては、全ての風力発電装置からの情報を集約するためのネットワークや制御パラメータを決定する中央演算装置を新たに導入しなければならず、設備コストの増大を招く虞がある。また、特許文献2に記載されるウィンドファームでは、ブレードの回転方向の異なる2種類の風力発電装置を用意しなければならず、例えば、既設のウィンドファームに適用することは困難である。
そこで、本発明は、ウィンドファームの中央演算装置やブレードの回転方向の異なる新たな風力発電装置を導入することなく、各風力発電装置の損傷度低減が可能なウィンドファーム及び風力発電装置を提供する。
However, in the wind farm described in
Therefore, the present invention provides a wind farm and a wind power generation device capable of reducing the degree of damage of each wind power generation device without introducing a central processing unit of the wind farm or a new wind power generation device having different blade rotation directions. ..
上記課題を解決するため、本発明に係るウィンドファームは、少なくとも風を受けて回転するロータと当該ロータの回転面の向きを制御するヨー角制御装置を備える風力発電装置を、複数備えるウィンドファームであって、風向データ及び風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きの情報に基づき後流領域を決定し、決定した前記後流領域及び風下側に位置する風力発電装置の位置情報に基づき、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記風上側に位置する風力発電装置を通過した風車後流が部分的に流入する前記風下側に位置する風力発電装置が存在する場合、前記風下側に位置する風力発電装置が前記風上側に位置する風力発電装置によって生成される後流領域の内側若しくは前記生成される後流領域の外側に位置するよう、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御することを特徴とする。
また、本発明に係る風力発電装置は、ウィンドファーム内に設置され得る風力発電装置であって、少なくとも風を受けて回転するロータと、前記ロータの回転面の向きを制御するヨー角制御装置と、風向データと前記ロータの回転面の向きの情報に基づき後流領域を決定し、決定した前記後流領域と風下側に位置する他の風力発電装置の位置情報に基づき、前記ロータの回転面の向きを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記風力発電装置を通過した風車後流が部分的に流入する前記風下側に位置する他の風力発電装置が存在する場合、前記風下側に位置する他の風力発電装置が後流領域の内側若しくは後流領域の外側に位置するよう、前記ロータの回転面の向きを制御することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the wind farm according to the present invention is a wind farm including at least a rotor that rotates in response to wind and a wind power generator including a yaw angle control device that controls the direction of the rotation surface of the rotor. Therefore, the wake region is determined based on the wind direction data and the information on the direction of the rotation surface of the rotor of the wind power generator located on the wind side, and the position information of the determined wake region and the wind power generator located on the leeward side. Based on the above, a control device for controlling the direction of the rotating surface of the rotor of the wind power generator located on the wind side is provided , and the control device partially has a wind turbine wake that has passed through the wind power generator located on the wind side. If there is a wind turbine located on the leeward side that flows into, the wind turbine located on the leeward side is inside the wake region generated by the wind turbine located on the leeward side or is generated. It is characterized in that the direction of the rotating surface of the rotor of the wind turbine generator located on the wind side is controlled so as to be located outside the wake region.
Further, the wind power generation device according to the present invention is a wind power generation device that can be installed in a wind farm, and includes at least a rotor that rotates in response to wind and a yaw angle control device that controls the direction of the rotation surface of the rotor. , The wake region is determined based on the wind direction data and the information on the direction of the rotation surface of the rotor, and the rotation surface of the rotor is determined based on the position information of the determined wake region and other wind power generators located on the leeward side. The control device includes a control device for controlling the direction of the wind turbine, and the control device is said to be used when there is another wind turbine generator located on the leeward side where the wake of the wind turbine that has passed through the wind turbine generator partially flows in. The rotor is characterized in that the orientation of the rotating surface of the rotor is controlled so that the other wind turbine generator located on the leeward side is located inside the wake region or outside the wake region.
本発明によれば、ウィンドファームの中央演算装置やブレードの回転方向の異なる新たな風力発電装置を導入することなく、各風力発電装置の損傷度低減が可能なウィンドファーム及び風力発電装置を提供することが可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, there is provided a wind farm and a wind power generation device capable of reducing the degree of damage of each wind power generation device without introducing a central computing device of the wind farm or a new wind power generation device having a different blade rotation direction. It becomes possible.
Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
本明細書では、本発明の実施形態に係る風力発電装置として、ダウンウィンド型の風力発電装置を例に説明するが、アップウィンド型の風力発電装置においても同様に適用できる。また、3枚のブレードとハブにてロータを構成する例を示すが、これに限られず、ロータはハブと少なくとも1枚のブレードにて構成しても良い。本発明の実施形態に係る風力発電装置を複数隣接して設置するウィンドファームは、洋上、山岳部及び平野部の何れの場所にも設けることができる。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。なお、下記はあくまでも実施例であって、本発明の実施態様を限定することを意図する趣旨ではない。
In the present specification, as the wind power generation device according to the embodiment of the present invention, a downwind type wind power generation device will be described as an example, but the same can be applied to an upwind type wind power generation device. Further, an example in which the rotor is composed of three blades and a hub is shown, but the present invention is not limited to this, and the rotor may be composed of a hub and at least one blade. The wind farm in which a plurality of wind power generators according to the embodiment of the present invention are installed adjacent to each other can be provided at any of the offshore, mountainous and plain areas.
Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the following is only an example, and is not intended to limit the embodiment of the present invention.
図1は、本発明の一実施例に係る実施例1の風力発電装置の全体概略構成図である。図1に示すように、風力発電装置2は、風を受けて回転するブレード23、ブレード23を支持するハブ22、ナセル21、及びナセル21を回動可能に支持するタワー20を備える。ナセル21内に、ハブ22に接続されハブ22と共に回転する主軸25、主軸25に接続され回転速度を増速する増速機27により増速された回転速度で回転子を回転させて発電運転する発電機28を備えている。ブレード23の回転エネルギーを発電機28に伝達する部位は、動力伝達部と呼ばれ、本実施例では、主軸25、及び増速機27が動力伝達部に含まれる。そして、増速機27及び発電機28は、メインフレーム29上に保持されている。また、ブレード23及びハブ22によりロータ24が構成される。図1に示すように、タワー20内部に、電力の周波数を変換する電力変換器30、電流の開閉を行うスイッチング用の開閉器及び変圧器など(図示せず)、及び制御装置31が配置されている。図1において、電力変換器30及び制御装置31はタワーの底部に設置されているが、これら機器の設置場所はタワー底部に限定されず、風力発電装置2の内部であれば、他の場所に設置される場合も考えられる。また、ナセル21の上面に、風向データ及び風速データを計測するための風向風速計32が設置されている。制御装置31として、例えば、制御盤又はSCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)が用いられる。
FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a wind power generation device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
また、ナセル21の向きはヨー角と称され、風力発電装置2は、このナセル21の向き、すなわち、ロータ24の回転面の向きを制御するヨー角制御装置33を備える。図1に示すように、ヨー角制御装置33は、ナセル21の底面とタワー20の先端部との間に配され、例えば、図示しない、少なくともアクチュエータ及び当該アクチュエータを駆動するモータより構成される。制御装置31より信号線を介して出力されるヨー角制御指令に基づき、ヨー角制御装置33を構成するモータが回転しアクチュエータが所望量変位することで、所望のヨー角となるようナセル21が回動する。
Further, the direction of the
ここで、本実施例に係るウィンドファームについて説明する。図4は、ウィンドファームに設置される風上側に位置する風力発電装置と風下側に位置する風力発電装置の関係を示す図である。図4では、ウィンドファーム1に設置される、風上側に位置する風力発電装置2aを通過した風が風下側に位置する風力発電装置2bへ流入する例を示している。
図4に示すように、風上側に位置する風力発電装置2aを通過した風を風車後流(単に、後流とも称される)と呼ぶ。この風車後流においては、風上側に位置する風力発電装置2aに流入する前と比較した場合、風向、風速などの風の特性が変化する。この特性の変化は風上側に位置する風力発電装置2aの運転状態に依存する。ここでいう運転状態とは風力発電装置のブレード23の傾斜角(ピッチ角)或はロータ24の回転面の向きを含む。
Here, the wind farm according to this embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the wind power generation device located on the windward side and the wind power generation device located on the leeward side installed in the wind farm. FIG. 4 shows an example in which the wind that has passed through the wind
As shown in FIG. 4, the wind that has passed through the
図5は、風上側に位置する風力発電装置と風下側に位置する風力発電装置よりなる小規模なウィンドファームの一例を示す上面図であり、図6は、多数の風力発電装置よりなる大規模なウィンドファームの一例を示す上面図である。図5は、1基の風上側に位置する風力発電装置2a及び1基の風下側に位置する風力発電装置2bから構成される小規模なウィンドファーム1の例であり、図6は、1基の風上側に位置する風力発電装置2a、1基の風下側に位置する風力発電装置2b、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置2c、及び多数の風力発電装置2dから構成される大規模なウィンドファーム1の例である。ここで言うウィンドファーム1とは、少なくとも2基以上の風力発電装置からなる集合型風力発電所や風力発電装置群を指す。
FIG. 5 is a top view showing an example of a small-scale wind farm composed of a wind power generation device located on the windward side and a wind power generation device located on the leeward side, and FIG. 6 is a large-scale view including a large number of wind power generation devices. It is a top view which shows an example of a wind farm. FIG. 5 shows an example of a small-
ウィンドファーム1に設置される風力発電装置2は、風向に対して風上側に位置する風力発電装置2a、風下側に位置する風力発電装置2b、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置2c、及びそれ以外の風力発電装置2dに分類され、風向の変化によってこれらの分類も変化する。具体的には、図6の例では、風上側に位置する風力発電装置2aにより生ずる風車後流が風下側に位置する風力発電装置2bに流入しているが、風向の変化によって風下側に位置する風力発電装置2b、風力発電装置2c若しくは風力発電装置2dが風上側に位置する風力発電装置2aと同様の役割を果たす場合や、風上側に位置する風力発電装置2a、風力発電装置2c若しくは風力発電装置2dが風下側に位置する風力発電装置2bと同様の役割を果たす場合もあり得る。
The wind
ここで、風車後流(後流)について説明する。風上側に位置する風力発電装置2aを通過する風は、風上側に位置する風力発電装置2aを構成するロータ24の回転の影響により、風向、風速といった風況が変化する。この時変化する風況は、上述の風向、風速に限定されるわけでなく、風の乱れ方である乱流特性や渦の形状など、風に係る全ての物理量が考えられる。図5及び図6に示すように、風車後流(後流)は、風上側に位置する風力発電装置2aを通過した後、拡がりながら風下側へと流れる。すなわち、風車後流は、拡散しつつ渦流(乱流)を生じさせながら風下側へと伝搬する。このように、拡散しつつ渦流(乱流)を生じさせながら風下側へと風車後流が伝搬する領域を、以下では、風車後流領域(後流領域とも称される)と呼ぶ。
Here, the wake (wake) of the wind turbine will be described. The wind passing through the wind
図6に示す風下側に位置する風力発電装置2b及び風力発電装置2cでは、風車後流領域(後流領域)の外側に位置する風力発電装置2dに比べて、発電量が低下し、風下側に位置する風力発電装置2b及び風力発電装置2cに蓄積される損傷度が増加する。特に、風力発電装置2cにおいては、ロータ24の回転面に流入する風況が不均一となるため、特に損傷度が大きくなる傾向にある。すなわち、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置2cでは、ロータ24の回転面に付加される荷重の振幅が生じることとなり、ブレード23、ハブ22及び主軸25を介して、ナセル21内に配される増速機27或は発電機28に振動が伝搬され、ナセル21を回動可能に支持するタワー20にも振動が伝搬される。これらの振動の要因となる荷重の振幅が、風力発電装置2cを構成する各機器に対する損傷度へ大きく影響する。
In the wind
図7に、風力発電装置を構成するロータの回転面の向きと風向との関係により生ずる風車後流の伝搬方向を示す。図7の上図に示すように、風向に対して風力発電装置2のロータ24の回転面が正対している場合、風車後流は風向と同じ方向に伝搬し、風車後流領域(後流領域)が形成される。一方、図7の下図に示すように、風力発電装置2のロータ24の回転面が風向に対して斜めに向いていた場合、風力発電装置2へ流入する風が、ロータ24の回転面から受ける横方向の力により、風車後流は風向に対して斜めに伝搬し、風向に対し傾いた風車後流領域(後流領域)が形成される。
FIG. 7 shows the propagation direction of the wake of the wind turbine generated by the relationship between the direction of the rotating surface of the rotor constituting the wind power generator and the wind direction. As shown in the upper figure of FIG. 7, when the rotating surface of the
図8及び図9に、風上側に位置する風力発電装置2aを構成するロータ24の回転面の向きの制御の一例を示す。風上側に位置する風力発電装置2aに対し、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置2cが存在しない場合、風上側に位置する風力発電装置2aは通常通り、ロータ24の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置33(図1)によりヨー角を制御する。これに対し、図8の上図に示すように、風上側に位置する風力発電装置2aに対し、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合、図8の下図に示すように、風上側に位置する風力発電装置2aに備えられるヨー角制御装置33によりヨー角を制御することによって、ロータ24の回転面の向きを変更する。これにより風車後流の伝搬方向が変更され、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cは、風車後流領域(後流領域)の外側に位置することとなり、風力発電装置2cに対し風車後流が流入することが回避され、風力発電装置2cを風力発電装置2dとして運転可能にする(以下、後流回避制御と称する)。このとき、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向きと風向のずれ量が大きくなると、風上側に位置する風力発電装置2aの損傷度が大きくなる。
8 and 9 show an example of controlling the direction of the rotating surface of the
そこで、図9の下図に示すように、風上側に位置する風力発電装置2aに備えられるヨー角制御装置33によりヨー角を制御することによって、ロータ24の回転面の向きを変更する。これにより風車後流の伝搬方向が変更され、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cに対し、風車後流が全体的に流入することとなり、風力発電装置2cを風力発電装置2bとして運転可能にする(以下、後流中心制御と称する)。ここで、後流中心制御は、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cを構成するロータ24の回転面全体が風車後流領域(後流領域)の内側に位置するよう制御する。なお、風車後流の中心とロータ24の回転面の中心とが一致するよう、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが風車後流領域(後流領域)の中央に位置付けられるよう制御することが望ましい。
Therefore, as shown in the lower figure of FIG. 9, the direction of the rotating surface of the
図2に、図1に示す風力発電装置2のタワー20内に配される制御装置31の機能ブロック図を示し、図3に、図2に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートを示す。以下に示す制御装置31は、ウィンドファーム1内に設置される全ての風力発電装置(2a〜2d)に備えられているが、後述する図3のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置2にて実行される。すなわち、上述の図5及び図6に示した、小規模なウィンドファーム1、大規模なウィンドファーム1内に設置される、風上側に位置する風力発電装置2aにて実行される。
FIG. 2 shows a functional block diagram of the
図2に示すように、制御装置31は、計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、入力I/F317a、出力I/F317b、及び記憶部318を備え、これらは相互に内部バス319にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、及びヨー角演算部316は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、各種プログラムを格納するROM、演算過程のデータを一時的に格納するRAM、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、CPUなどのプロセッサがROMに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をRAM又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、及びヨー角演算部316を、1つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
As shown in FIG. 2, the
計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。
記憶部318は、少なくとも、予め、ウィンドファーム1内における自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の位置情報及び自身のロータ24の回転面の面積、ウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積を格納している。なお、ここで、ロータ24の回転面の面積とは、例えば、ヨー角がゼロ度においてロータ24の回転面に正対したときの面積であり、タワー20の面積も含むものとする。また、記憶部318には、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ、及びロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角も格納されている。
The measured
風向演算部312は、計測値取得部311により処理された風向データを、内部バス319を介して取得し、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
風車後流演算部313は、例えば、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。なお、上述の全てのパラメータを用いることに限られず、少なくとも、風向データ、風速データ、及び現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)のみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。また、風向データのみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。
The wind
The wind turbine
位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積、及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合、当該情報を位置判定部314は内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。なお、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無の判定において、他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)のみに基づき判定する構成としても良い。
The
制御決定部315は、位置判定部314より転送される風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの情報に基づき、当該風力発電装置2cの位置情報及びロータ24の回転面の面積を記憶部318より読み出し、発電機28(図1)の出力(風上側に位置する風力発電装置2aの発電機出力)の低減を抑制し得る、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)のうち、何れか一方を選択する。
ヨー角演算部316は、制御決定部315により選択された後流回避制御又は後流中心制御に対応し、記憶部318より読み出された風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの位置情報及びロータ24の回転面の面積に基づき、風上側に位置する風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向きを求め、当該ロータ24の回転面の向きに対応するヨー角制御指令を、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力する。
The
The yaw
次に、制御装置31の動作について説明する。図3は、図2に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。
図3に示すように、ステップS101では、計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部311は、内部バス319を介して風向演算部312へ処理後の風向データを転送する。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 3, in step S101, the measured
ステップS102では、風向演算部312は、転送される計測値取得部311により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置2a(自身)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
ステップS103では、風車後流演算部313は、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。
In step S102, the wind
In step S103, the wind turbine
ステップS104では、位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置2aは通常通り、ロータ24の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置33(図1)によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合には、ステップS105へ進む。
In step S104, the
ステップS105では、制御決定部315は、位置判定部314より転送される風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの情報に基づき、当該風力発電装置2cの位置情報及びロータ24の回転面の面積を記憶部318より読み出し、発電機28(図1)の出力(風上側に位置する風力発電装置2aの発電機出力)の低減を抑制し得る、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)のうち、何れか一方を選択し、内部バス319を介してヨー角制御装置33へ転送する。
In step S105, the
ステップS106では、ヨー角演算部316は、制御決定部315により選択された後流回避制御又は後流中心制御に対応し、記憶部318より読み出された風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの位置情報及びロータ24の回転面の面積に基づき、風上側に位置する風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向きを求め、当該ロータ24の回転面の向きに対応するヨー角制御指令を、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力し、処理を終了する。
In step S106, the yaw
なお、本実施例では、2基の風力発電装置から構成される小規模なウィンドファーム、及び3基以上の多数の風力発電装置が相互に所定の間隔にて離間しオフセット配置される大規模なウィンドファームを例に説明したが、これに限られるものでは無い。例えば、3基以上の多数の風力発電装置が相互に所定の間隔にて離間し、2次元マトリックス状に設置されるウィンドファームにおいても、同様に適用することが可能である。 In this embodiment, a small-scale wind farm composed of two wind power generation devices and a large number of three or more wind power generation devices are offset from each other at predetermined intervals. The explanation was given using a wind farm as an example, but it is not limited to this. For example, the same can be applied to a wind farm in which a large number of three or more wind power generators are separated from each other at predetermined intervals and installed in a two-dimensional matrix.
以上の通り、本実施例によれば、ウィンドファームの中央演算装置やブレードの回転方向の異なる新たな風力発電装置を導入することなく、各風力発電装置の損傷度低減が可能なウィンドファーム及び風力発電装置を提供することが可能となる。
具体的には、本実施例によれば、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向きを制御することにより、風力発電装置2cのように、ロータ24の回転面内に不均一な風が流入することを回避することが可能となり、ウィンドファームにおける風力発電装置の損傷度増加を抑え、信頼性向上に貢献することが可能となる。また、新たな構造を有する風力発電装置或はその部品を用意する必要がないため、導入が簡便である。また、他の風力発電装置との通信や、ウィンドファーム全体を監視する中央管理システムとの通信が不要なため、各風力発電装置それぞれを単独でウィンドファーム内に容易に導入することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the wind farm and the wind power capable of reducing the degree of damage of each wind power generation device without introducing a central processing unit of the wind farm or a new wind power generation device having a different blade rotation direction. It becomes possible to provide a power generation device.
Specifically, according to the present embodiment, by controlling the direction of the rotating surface of the
図10は、本発明の他の実施例に係る実施例2の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図であり、図11は、図10に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本実施例では、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向きと風向とのずれ量が小さくなるよう、制御装置が後流回避制御及び後流中心制御のうちいずれか一方を選択するよう構成した点が実施例1と異なる。実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例1と重複する説明を省略する。
FIG. 10 is a functional block diagram of a control device constituting the wind power generation device of the second embodiment according to another embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a flowchart showing a processing flow of the control device shown in FIG. .. In this embodiment, the control device is either wake avoidance control or wake center control so that the amount of deviation between the direction of the rotating surface of the
以下に示す制御装置31aは、ウィンドファーム1内に設置される全ての風力発電装置(2a〜2d)に備えられているが、後述する図11のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置2にて実行される。すなわち、上述の実施例1と同様に、図5及び図6に示した、小規模なウィンドファーム1、大規模なウィンドファーム1内に設置される、風上側に位置する風力発電装置2aにて実行される。
The control device 31a shown below is provided in all the wind power generation devices (2a to 2d) installed in the
図10に示すように、風上側に位置する風力発電装置2aに備えられる制御装置31aは、計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、入力I/F317a、出力I/F317b、及び記憶部318を備え、これらは相互に内部バス319にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、及びヨー角演算部316は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、各種プログラムを格納するROM、演算過程のデータを一時的に格納するRAM、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、CPUなどのプロセッサがROMに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をRAM又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、及びヨー角演算部316を、1つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
As shown in FIG. 10, the control device 31a provided in the wind
計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを
、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。
記憶部318は、少なくとも、予め、ウィンドファーム1内における自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の位置情報及び自身のロータ24の回転面の面積、ウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積を格納している。なお、ここで、ロータ24の回転面の面積とは、例えば、ヨー角がゼロ度においてロータ24の回転面に正対したときの面積であり、タワー20の面積も含むものとする。また、記憶部318には、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ、及びロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角も格納されている。
The measured
風向演算部312は、計測値取得部311により処理された風向データを、内部バス319を介して取得し、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
風車後流演算部313は、例えば、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。なお、上述の全てのパラメータを用いることに限られず、少なくとも、風向データ、風速データ、及び現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)のみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。また、風向データのみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。
The wind
The wind turbine
位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積、及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合、当該情報を位置判定部314は内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。なお、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無の判定において、他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)のみに基づき判定する構成としても良い。
The
ヨー角演算部316は、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)を夫々求め、内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。なお、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)は、記憶部318より読み出された風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの位置情報及びロータ24の回転面の面積に基づき算出される。また、ヨー角演算部316は、後述する制御決定部315により選択された、後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)に対応する、風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向き(ヨー角)をヨー角制御指令として、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力する。
The yaw
制御決定部315は、ヨー角演算部316により求められた、後流回避制御(図8)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御(図9)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量が小さい値を示す後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)を選択し、内部バス319を介してヨー角演算部316へ転送する。
The
次に、制御装置31aの動作について説明する。
図11に示すように、ステップS201では、計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部311は、内部バス319を介して風向演算部312へ処理後の風向データを転送する。
Next, the operation of the control device 31a will be described.
As shown in FIG. 11, in step S201, the measured
ステップS202では、風向演算部312は、転送される計測値取得部311により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置2a(自身)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
ステップS203では、風車後流演算部313は、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。
In step S202, the wind
In step S203, the wind turbine
ステップS204では、位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置2aは通常通り、ロータ24の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置33(図1)によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合には、ステップS205へ進む。
In step S204, the
ステップS205では、ヨー角演算部316は、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)を夫々求め、内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。
ステップS206では、制御決定部315は、ヨー角演算部316により求められた、後流回避制御(図8)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御(図9)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量が小さい値を示す後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)を選択し、内部バス319を介してヨー角演算部316へ転送する。
In step S205, when the yaw
In step S206, the
ステップS207では、ヨー角演算部316は、制御決定部315により選択された、後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)に対応する、風上側に位置する風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向き(ヨー角)をヨー角制御指令として、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力し、処理を終了する。
In step S207, the yaw
以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向きと、風上側に位置する風力発電装置2aに流入する風向のずれ量を小さくすることにより、部分的に風車後流の影響を受ける風力発電装置2cだけでなく、風上側に位置する風力発電装置2aにおける損傷度の増加を最小限に抑えることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the direction of the rotating surface of the
図12は、本発明の他の実施例に係る実施例3の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図であり、図13は、図12に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本実施例では、風力発電装置に備えられる制御装置が、少なくとも風力発電装置の運転履歴を保持する運転実績保持部、及び損傷度演算部を有し、運転履歴に基づき損傷度演算部にて求められる風上側に位置する風力発電装置に蓄積された損傷度に基づき、後流回避制御及び後流中心制御のうちいずれか一方を選択するよう構成した点が実施例1と異なる。実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例1と重複する説明を省略する。 FIG. 12 is a functional block diagram of a control device constituting the wind power generation device of the third embodiment according to another embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a flowchart showing a processing flow of the control device shown in FIG. .. In this embodiment, the control device provided in the wind power generation device has at least an operation record holding unit that holds the operation history of the wind power generation device and a damage degree calculation unit, and is obtained by the damage degree calculation unit based on the operation history. The difference from the first embodiment is that one of the wake avoidance control and the wake center control is selected based on the degree of damage accumulated in the wind power generation device located on the windward side. The same components as in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description overlapping with the first embodiment will be omitted below.
以下に示す制御装置31bは、ウィンドファーム1内に設置される全ての風力発電装置(2a〜2d)に備えられているが、後述する図13のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置2にて実行される。すなわち、上述の実施例1と同様に、図5及び図6に示した、小規模なウィンドファーム1、大規模なウィンドファーム1内に設置される、風上側に位置する風力発電装置2aにて実行される。
The control device 31b shown below is provided in all the wind power generation devices (2a to 2d) installed in the
図12に示すように、風上側に位置する風力発電装置2aに備えられる制御装置31bは、計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、入力I/F317a、出力I/F317b、記憶部318、運転実績保持部320、及び損傷度演算部321を備え、これらは相互に内部バス319にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、及び損傷度演算部321は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、各種プログラムを格納するROM、演算過程のデータを一時的に格納するRAM、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、CPUなどのプロセッサがROMに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をRAM又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、及び損傷度演算部321を、1つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
As shown in FIG. 12, the control device 31b provided in the wind
計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。
記憶部318は、少なくとも、予め、ウィンドファーム1内における自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の位置情報及び自身のロータ24の回転面の面積、ウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積を格納している。なお、ここで、ロータ24の回転面の面積とは、例えば、ヨー角がゼロ度においてロータ24の回転面に正対したときの面積であり、タワー20の面積も含むものとする。また、記憶部318には、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの
情報)、及びブレード23の形状データ、及びロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角も格納されている。
The measured
運転実績保持部320は、過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ24の回転数、発電機28の出力、及びヨー角を含む運転履歴を格納する。なお、運転実績保持部320に格納されるデータとして、上記運転履歴に加え、風況或は歪などの風力発電装置内で計測されたデータを含む構成とすることが好ましい。ここで、例えば、格納されるブレード23の歪に関するデータは、ブレード23の根元などに設置される歪センサ或は歪ゲージなどで計測される。なお、ブレード23の根元などに設置される歪センサからの計測値に基づき、ブレード23に付加される荷重が求められる。ブレード23に付加される荷重の計算は、歪センサが設置されるブレード23の根元に付加される荷重のみならず、ブレード23の先端或はブレード23の任意の位置において付加される荷重を、上記歪センサからの計測値に基づき推定される。
The operation
風向演算部312は、計測値取得部311により処理された風向データを、内部バス319を介して取得し、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
風車後流演算部313は、例えば、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。なお、上述の全てのパラメータを用いることに限られず、少なくとも、風向データ、風速データ、及び現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)のみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。また、風向データのみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。
The wind
The wind turbine
位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積、及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合、当該情報を位置判定部314は内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。なお、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無の判定において、他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)のみに基づき判定する構成としても良い。
The
ヨー角演算部316は、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)を夫々求め、内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。なお、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)は、記憶部318より読み出された風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの位置情報及びロータ24の回転面の面積に基づき算出される。また、ヨー角演算部316は、後述する制御決定部315により選択された、後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)に対応する、風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向き(ヨー角)をヨー角制御指令として、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力する。
The yaw
損傷度演算部321は、運転実績保持部320に格納される、風上側に位置する風力発電装置2aによる過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ24の回転数、発電機28の出力、及びヨー角を含む運転履歴に基づき、風上側に位置する風力発電装置2aに蓄積される損傷度を求める。損傷度演算部321は、求めた風上側に位置する風力発電装置2aに蓄積される損傷度に基づき、風向演算部312により決定された風向とロータ24の回転面の向きとのずれ量の許容値を演算し、求めた許容値を制御決定部315へ内部バス319を介して転送する。
The damage
制御決定部315は、ヨー角演算部316により求められた、後流回避制御(図8)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御(図9)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量と損傷度演算部321より転送される許容値とを比較し、ずれ量が小さい値を示し、且つ、許容値を下回る後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)を選択し、内部バス319を介してヨー角演算部316へ転送する。
The
次に、制御装置31bの動作について説明する。
図13に示すように、ステップS301では、計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部311は、内部バス319を介して風向演算部312へ処理後の風向データを転送する。
Next, the operation of the control device 31b will be described.
As shown in FIG. 13, in step S301, the measured
ステップS302では、風向演算部312は、転送される計測値取得部311により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置2a(自身)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
ステップS303では、風車後流演算部313は、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。
In step S302, the wind
In step S303, the wind turbine
ステップS304では、位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置2aは通常通り、ロータ24の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置33(図1)によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合には、ステップS305へ進む。
In step S304, the
ステップS305では、ヨー角演算部316は、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)を夫々求め、内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。
ステップS306では、損傷度演算部321は、運転実績保持部320に格納される、風上側に位置する風力発電装置2aによる過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ24の回転数、発電機28の出力、及びヨー角を含む運転履歴に基づき、風上側に位置する風力発電装置2aに蓄積される損傷度を求める。そして、求めた風上側に位置する風力発電装置2aに蓄積される損傷度に基づき、風向演算部312により決定された風向とロータ24の回転面の向きとのずれ量の許容値を演算し、求めた許容値を制御決定部315へ内部バス319を介して転送する。
In step S305, when the yaw
In step S306, the damage
ステップS307では、制御決定部315は、ヨー角演算部316により求められた、後流回避制御(図8)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御(図9)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量と損傷度演算部321より転送される許容値とを比較し、ずれ量が小さい値を示し、且つ、許容値を下回る後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)を選択し、内部バス319を介してヨー角演算部316へ転送する。
In step S307, the
ステップS308では、ヨー角演算部316は、制御決定部315により選択された、後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)に対応する、風上側に位置する風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向き(ヨー角)をヨー角制御指令として、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力し、処理を終了する。
In step S308, the yaw
以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、風上側に位置する風力発電装置2aの信頼性を担保しつつ、周囲の風力発電装置(2b〜2d)の損傷度の増加を回避することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the degree of damage to the surrounding wind power generation devices (2b to 2d) is increased while ensuring the reliability of the wind
図14は、本発明の他の実施例に係る実施例4の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図であり、図15は、図14に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本実施例では、風力発電装置に備えられる制御装置が、少なくとも風力発電装置の運転履歴を保持する運転実績保持部、損傷度演算部、及び通信I/Fを有し、運転履歴に基づき損傷度演算部にて求められる風上側に位置する風力発電装置に蓄積された損傷度及び通信I/Fを介して取得される他の風力発電装置の損傷度に基づき、後流回避制御及び後流中心制御のうちいずれか一方を選択するよう構成した点が実施例1と異なる。実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例1と重複する説明を省略する。 FIG. 14 is a functional block diagram of a control device constituting the wind power generation device of the fourth embodiment according to another embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a flowchart showing a processing flow of the control device shown in FIG. .. In this embodiment, the control device provided in the wind power generation device has at least an operation record holding unit for holding the operation history of the wind power generation device, a damage degree calculation unit, and a communication I / F, and the damage degree is based on the operation history. Backflow avoidance control and wake center based on the degree of damage accumulated in the wind power generation device located on the wind side and the degree of damage of other wind power generation devices acquired via the communication I / F, which are obtained by the calculation unit. It differs from the first embodiment in that it is configured to select either one of the controls. The same components as in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description overlapping with the first embodiment will be omitted below.
以下に示す制御装置31cは、ウィンドファーム1内に設置される全ての風力発電装置(2a〜2d)に備えられているが、後述する図15のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置2にて実行される。すなわち、上述の実施例1と同様に、図5及び図6に示した、小規模なウィンドファーム1、大規模なウィンドファーム1内に設置される、風上側に位置する風力発電装置2aにて実行される。
The
図14に示すように、風上側に位置する風力発電装置2aに備えられる制御装置31cは、計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、入力I/F317a、出力I/F317b、記憶部318、運転実績保持部320、損傷度演算部321、及び通信I/F317cを備え、これらは相互に内部バス319にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、及び損傷度演算部321は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、各種プログラムを格納するROM、演算過程のデータを一時的に格納するRAM、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、CPUなどのプロセッサがROMに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をRAM又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、及び損傷度演算部321を、1つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。なお、通信I/F317cは、通信ネットワーク(有線か無線かを問わない)を介して他の風力発電装置の制御装置と相互に通信可能に構成されている。図14に示す例では、風力発電装置2cの制御装置と接続される例を示しており、風上側に位置する風力発電装置2aの制御装置31cは、通信I/F317cを介して風力発電装置2cの損傷度を取得可能に構成されている。
As shown in FIG. 14, the
計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。
記憶部318は、少なくとも、予め、ウィンドファーム1内における自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の位置情報及び自身のロータ24の回転面の面積、ウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積を格納している。なお、ここで、ロータ24の回転面の面積とは、例えば、ヨー角がゼロ度においてロータ24の回転面に正対したときの面積であり、タワー20の面積も含むものとする。また、記憶部318には、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ、及びロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角も格納されている。
The measured
運転実績保持部320は、過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ24の回転数、発電機28の出力、及びヨー角を含む運転履歴を格納する。なお、運転実績保持部320に格納されるデータとして、上記運転履歴に加え、風況或は歪などの風力発電装置内で計測されたデータを含む構成とすることが好ましい。ここで、例えば、格納されるブレード23の歪に関するデータは、ブレード23の根元などに設置される歪センサ或は歪ゲージなどで計測される。なお、ブレード23の根元などに設置される歪センサからの計測値に基づき、ブレード23に付加される荷重が求められる。ブレード23に付加される荷重の計算は、歪センサが設置されるブレード23の根元に付加される荷重のみならず、ブレード23の先端或はブレード23の任意の位置において付加される荷重を、上記歪センサからの計測値に基づき推定される。
The operation
風向演算部312は、計測値取得部311により処理された風向データを、内部バス319を介して取得し、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
風車後流演算部313は、例えば、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。なお、上述の全てのパラメータを用いることに限られず、少なくとも、風向データ、風速データ、及び現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)のみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。また、風向データのみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。
The wind
The wind turbine
位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積、及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合、当該情報を位置判定部314は内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。なお、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無の判定において、他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)のみに基づき判定する構成としても良い。
The
ヨー角演算部316は、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)を夫々求め、内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。なお、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)は、記憶部318より読み出された風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの位置情報及びロータ24の回転面の面積に基づき算出される。また、ヨー角演算部316は、後述する制御決定部315により選択された、後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)に対応する、風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向き(ヨー角)をヨー角制御指令として、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力する。
The yaw
損傷度演算部321は、運転実績保持部320に格納される、風上側に位置する風力発電装置2aによる過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ24の回転数、発電機28の出力、及びヨー角を含む運転履歴に基づき、風上側に位置する風力発電装置2aに蓄積される損傷度を求める。損傷度演算部321は、通信I/F317cを介して風力発電装置2cに蓄積される損傷度を取得し、求めた風上側に位置する風力発電装置2aの損傷度及び取得された風力発電装置2cの損傷度を制御決定部315へ内部バス319を介して転送する。
The damage
制御決定部315は、損傷度演算部321より転送される風上側に位置する風力発電装置2aの損傷度と取得された風力発電装置2cの損傷度とを比較する。比較の結果、風力発電装置2cの損傷度よりも風上側に位置する風力発電装置2a(自身)の損傷度が大きい場合には後流中心制御(図9)を選択する。一方、比較の結果、風上側に位置する風力発電装置2a(自身)の損傷度よりも風力発電装置2cの損傷度が大きい場合には後流回避制御(図8)を選択する。これにより、蓄積された損傷度が小さい風力発電装置に負荷が集中するように、風上側に位置する風力発電装置2aの制御方式(後流回避制御又は後流中心制御)を決定することが可能となる。制御決定部315は、選択した後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)の情報をヨー角演算部316へ内部バス319を介して転送する。
The
次に、制御装置31cの動作について説明する。
図15に示すように、ステップS401では、計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部311は、内部バス319を介して風向演算部312へ処理後の風向データを転送する。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 15, in step S401, the measured
ステップS402では、風向演算部312は、転送される計測値取得部311により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置2a(自身)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
ステップS403では、風車後流演算部313は、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。
In step S402, the wind
In step S403, the wind turbine
ステップS404では、位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置2aは通常通り、ロータ24の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置33(図1)によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合には、ステップS405へ進む。
In step S404, the
ステップS405では、ヨー角演算部316は、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)を夫々求め、内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。
ステップS406では、損傷度演算部321は、運転実績保持部320に格納される、風上側に位置する風力発電装置2aによる過去から現在までの運転データ、例えば、ロータ24の回転数、発電機28の出力、及びヨー角を含む運転履歴に基づき、風上側に位置する風力発電装置2a(自身)に蓄積される損傷度を求める。また、損傷度演算部321は、通信I/F317cを介して風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cに蓄積される損傷度を取得し、求めた風上側に位置する風力発電装置2aの損傷度及び取得された風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの損傷度を制御決定部315へ内部バス319を介して転送する。
In step S405, when the yaw
In step S406, the damage
ステップS407では、制御決定部315は、損傷度演算部321より転送される風上側に位置する風力発電装置2aの損傷度と取得された風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの損傷度とを比較する。比較の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの損傷度よりも風上側に位置する風力発電装置2a(自身)の損傷度が大きい場合には後流中心制御(図9)を選択する。一方、比較の結果、風上側に位置する風力発電装置2a(自身)の損傷度よりも風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの損傷度が大きい場合には後流回避制御(図8)を選択する。制御決定部315は、選択した後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)の情報をヨー角演算部316へ内部バス319を介して転送する。
In step S407, the
ステップS408では、ヨー角演算部316は、制御決定部315により選択された、後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)に対応する、風上側に位置する風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向き(ヨー角)をヨー角制御指令として、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力し、処理を終了する。
In step S408, the yaw
以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、損傷度の蓄積が大きい風力発電装置を優先して保護することにより、ある特定の風力発電装置の損傷度が際立って大きくなることを回避し、ウィンドファーム全体での信頼性を向上することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, by preferentially protecting the wind power generation device having a large accumulation of damage degree, the damage degree of a specific wind power generation device becomes remarkably large. This can be avoided and the reliability of the entire wind farm can be improved.
図16は、本発明の他の実施例に係る実施例5の風力発電装置を構成する制御装置の機能ブロック図であり、図17は、図16に示す制御装置の処理フローを示すフローチャートである。本実施例では、風力発電装置に備えられる制御装置が需要予測部を備え、需要予測部による電力需要に応じて、風上側に位置する風力発電装置2aの制御を調整するよう構成した点が実施例1と異なる。実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では、実施例1と重複する説明を省略する。
FIG. 16 is a functional block diagram of a control device constituting the wind power generation device of the fifth embodiment according to another embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a flowchart showing a processing flow of the control device shown in FIG. .. In this embodiment, the control device provided in the wind power generation device is provided with a demand forecasting unit, and the control device of the wind
以下に示す制御装置31dは、ウィンドファーム1内に設置される全ての風力発電装置(2a〜2d)に備えられているが、後述する図17のフローチャートに示す動作は、風上側に位置する風力発電装置2にて実行される。すなわち、上述の実施例1と同様に、図5及び図6に示した、小規模なウィンドファーム1、大規模なウィンドファーム1内に設置される、風上側に位置する風力発電装置2aにて実行される。
The
図16に示すように、風上側に位置する風力発電装置2aに備えられる制御装置31dは、計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、入力I/F317a、出力I/F317b、記憶部318、及び需要予測部322を備え、これらは相互に内部バス319にてアクセス可能に接続されている。計測値取得部311、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、及び需要予測部322は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ、各種プログラムを格納するROM、演算過程のデータを一時的に格納するRAM、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、CPUなどのプロセッサがROMに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をRAM又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、風向演算部312、風車後流演算部313、位置判定部314、制御決定部315、ヨー角演算部316、及び需要予測部322を、1つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
As shown in FIG. 16, the
計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。
記憶部318は、少なくとも、予め、ウィンドファーム1内における自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の位置情報及び自身のロータ24の回転面の面積、ウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積を格納している。なお、ここで、ロータ24の回転面の面積とは、例えば、ヨー角がゼロ度においてロータ24の回転面に正対したときの面積であり、タワー20の面積も含むものとする。また、記憶部318には、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)の現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ、及びロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角も格納されている。
The measured
風向演算部312は、計測値取得部311により処理された風向データを、内部バス319を介して取得し、自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
風車後流演算部313は、例えば、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。なお、上述の全てのパラメータを用いることに限られず、少なくとも、風向データ、風速データ、及び現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)のみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。また、風向データのみに基づいて風車後流領域(後流領域)を演算する構成としても良い。
The wind
The wind turbine
位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び当該他の風力発電装置(2b〜2d)のロータ24の回転面の面積、及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合、当該情報を位置判定部314は内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。なお、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無の判定において、他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)のみに基づき判定する構成としても良い。
The
ヨー角演算部316は、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)を夫々求め、内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。なお、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)は、記憶部318より読み出された風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの位置情報及びロータ24の回転面の面積に基づき算出される。また、ヨー角演算部316は、後述する制御決定部315により選択された、後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)に対応する、風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向き(ヨー角)をヨー角制御指令として、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力する。
The yaw
需要予測部322は、時間帯や季節から電力の需要を予測する。具体的には日中では需要が大きいと判断する一方で、夜間は需要が小さくなると判断する。需要予測部322は、予測した電力需要を制御決定部315へ内部バス319を介して転送する。
制御決定部315は、需要予測部322より転送される電力需要が大きい場合には、発電量を確保するため後流回避制御(図8)、又は通常運転、すなわち、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置33(図1)によりヨー角を制御し運転を継続する通常運転継続の何れかを選択する。一方、需要予測部322より転送される電力需要が小さい場合には、ヨー角演算部316により求められた、後流回避制御(図8)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御(図9)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量が小さい値を示す後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)を選択し、内部バス319を介してヨー角演算部316へ転送する。すなわち、制御決定部315は、電力需要が大きい場合のみ、風上側に位置する風力発電装置2aの損傷度の抑制よりも発電量の増加を優先させる。
The
When the power demand transferred from the
次に、制御装置31dの動作について説明する。
図17に示すように、ステップS501では、計測値取得部311は、風向風速計32により計測された風向データ及び風速データを、入力I/F317a及び内部バス319を介して取得し、例えば、A/D変換処理、平滑化処理(ノイズ除去)、或いは正規化処理などを実行する。そして、計測値取得部311は、内部バス319を介して風向演算部312へ処理後の風向データを転送する。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 17, in step S501, the measured
ステップS502では、風向演算部312は、転送される計測値取得部311により処理された風向データに基づき、風上側に位置する風力発電装置2a(自身)のロータ24の回転面に流入する風向を決定する。
ステップS503では、風車後流演算部313は、風向演算部312により決定された風向、計測値取得部311により処理された風速データ、記憶部318に格納される現在のヨー角(ロータ24の回転面の向きの情報)、及びブレード23の形状データ並びにロータ24の回転速度或はブレード23のピッチ角に基づいて、風車後流領域(後流領域)を演算する。
In step S502, the wind
In step S503, the wind turbine
ステップS504では、位置判定部314は、内部バス319を介して記憶部318にアクセスし、記憶部318より読み出されたウィンドファーム1内に設置される他の風力発電装置(2b〜2d)の位置情報及び風車後流演算部313により演算された風車後流領域(後流領域)に基づき、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cの有無を判定する。判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在しない場合には、風上側に位置する風力発電装置2aは通常通り、ロータ24の回転面が風向に対して正対するよう、ヨー角制御装置33(図1)によりヨー角を制御し処理を終了する。一方、判定の結果、風車後流が部分的に流入する風力発電装置2cが存在する場合には、ステップS505へ進む。
In step S504, the
ステップS505では、ヨー角演算部316は、後流回避制御(図8)及び後流中心制御(図9)を実行した場合の、風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)を夫々求め、内部バス319を介して制御決定部315へ転送する。
ステップS506では、需要予測部322は、時間帯や季節から電力の需要を予測する。具体的には日中では需要が大きいと判断する一方で、夜間は需要が小さくなると判断す
る。需要予測部322は、予測した電力需要を制御決定部315へ内部バス319を介して転送する。
In
In step S506, the
ステップS507では、制御決定部315は、需要予測部322より転送される電力需要が大きい場合には、発電量を確保するため後流回避制御(図8)又は通常運転の継続を選択する。一方、需要予測部322より転送される電力需要が小さい場合には、ヨー角演算部316により求められた、後流回避制御(図8)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。また、同様に、後流中心制御(図9)を実行した場合の風上側に位置する風力発電装置2aのロータ24の回転面の向き(ヨー角)と風向演算部312により決定された自身(風上側に位置する風力発電装置2a)のロータ24の回転面に流入する風向とのずれ量を算出する。そして、これら算出されたずれ量が小さい値を示す後流回避制御(図8)又は後流中心制御(図9)を選択し、内部バス319を介してヨー角演算部316へ転送する。
In step S507, the
ステップS508では、ヨー角演算部316は、制御決定部315により選択された、後流回避制御(図8)、後流中心制御(図9)、又は通常運転の継続に対応する、風上側に位置する風力発電装置2aにおけるロータ24の回転面の向き(ヨー角)をヨー角制御指令として、出力I/Fを介してヨー角制御装置33へ出力し、処理を終了する。
In step S 508 , the yaw
以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、電力の需要に応じて制御の優先順位を変更することにより、必要時における安定した電力の供給と風力発電装置の損傷度の低減の両立が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, by changing the control priority according to the demand for electric power, the stable power supply when necessary and the degree of damage to the wind power generation device can be determined. Both reductions can be achieved.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。 The present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
1・・・ウィンドファーム
2・・・風力発電装置
2a・・・風上側に位置する風力発電装置
2b・・・風下側に位置する風力発電装置
2c,2d・・・風力発電装置
20・・・タワー
21・・・ナセル
22・・・ハブ
23・・・ブレード
24・・・ロータ
25・・・主軸
27・・・増速機
28・・・発電機
29・・・メインフレーム
30・・・電力変換器
31,31a,31b,31c,31d・・・制御装置
32・・・風向風速計
33・・・ヨー角制御装置
311・・・計測値取得部
312・・・風向演算部
313・・・風車後流演算部
314・・・位置判定部
315・・・制御決定部
316・・・ヨー角演算部
317a・・・入力I/F
317b・・・出力I/F
317c・・・通信I/F
318・・・記憶部
319・・・内部バス
320・・・運転実績保持部
321・・・損傷度演算部
322・・・需要予測部
1 ...
317b ... Output I / F
317c ・ ・ ・ Communication I / F
318 ...
322 ... Demand Forecasting Department
Claims (13)
風向データ及び風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きの情報に基づき後流領域を決定し、決定した前記後流領域及び風下側に位置する風力発電装置の位置情報に基づき、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記風上側に位置する風力発電装置を通過した風車後流が部分的に流入する前記風下側に位置する風力発電装置が存在する場合、前記風下側に位置する風力発電装置が前記風上側に位置する風力発電装置によって生成される後流領域の内側に位置するように前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御する後流中心制御と、前記生成される後流領域の外側に位置するように前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御する後流回避制御とを備え、前記決定した前記後流領域及び風下側に位置する風力発電装置の位置情報に基づき後流中心制御と後流回避制御の何れか一方を選択することを特徴とするウィンドファーム。 A wind farm having a plurality of wind power generators including at least a rotor that rotates in response to wind and a yaw angle control device that controls the direction of the rotating surface of the rotor.
The wake region is determined based on the wind direction data and the information on the direction of the rotation surface of the rotor of the wind turbine generator located on the windward side, and based on the determined position information of the wake region and the wind turbine generator located on the leeward side. A control device for controlling the direction of the rotating surface of the rotor of the wind power generator located on the windward side is provided.
In the control device, when there is a wind power generation device located on the leeward side in which the wake of the wind turbine that has passed through the wind power generation device located on the leeward side partially flows in, the wind power generation device located on the leeward side is used. The wake center control that controls the direction of the rotation surface of the rotor of the wind power generator located on the windward side so as to be located inside the wake region generated by the wind power generator located on the windward side, and the generation. It is provided with a wake avoidance control that controls the direction of the rotation surface of the rotor of the wind power generator located on the windward side so as to be located outside the wake region to be located, and is provided in the determined wake region and the leeward side. A wind farm characterized in that either wake center control or wake avoidance control is selected based on the position information of the wind power generator located.
前記制御装置は、前記風下側に位置する風力発電装置が受ける荷重を低減するよう、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御することを特徴とするウィンドファーム。 In the wind farm according to claim 1.
The control device is a wind farm that controls the direction of the rotating surface of the rotor of the wind power generation device located on the leeward side so as to reduce the load received by the wind power generation device located on the leeward side.
前記制御装置は、前記後流中心制御において、前記風下側に位置する風力発電装置が前記風上側に位置する風力発電装置によって生成される後流領域の中央に位置するよう、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを制御することを特徴とするウィンドファーム。 In the wind farm according to claim 1 or 2.
The control device is located on the windward side so that in the wake center control, the wind power generation device located on the leeward side is located in the center of the wake region generated by the wind power generation device located on the windward side. A wind farm characterized by controlling the orientation of the rotating surface of the rotor of a wind farm.
前記制御装置は、
前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の内側に位置するよう、前記後流中心制御における、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きである第1の向きを演算すると共に、前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう、前記後流回避制御における、前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きである第2の向きを演算するヨー角演算部と、
前記第1の向きと前記風向データとのずれ量及び前記第2の向きと前記風向データとのずれ量を算出し、当該算出されたずれ量が小さい前記第1の向き又は第2の向きとなるよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定する制御決定部と、を備えることを特徴とするウィンドファーム。 In the wind farm according to claim 3.
The control device is
A first orientation, which is the direction of the rotor rotation surface of the wind turbine located on the leeward side in the leeward center control so that the wind turbine generator located on the leeward side is located inside the wake region. In addition to calculating, in the direction of the rotating surface of the rotor of the wind power generator located on the leeward side in the leeward avoidance control so that the wind power generator located on the leeward side is located outside the wake region. A yaw angle calculation unit that calculates a second direction,
The amount of deviation between the first direction and the wind direction data and the amount of deviation between the second direction and the wind direction data are calculated, and the calculated deviation amount is small as the first direction or the second direction. A wind farm including a control determination unit that determines the direction of a rotating surface of a rotor of a wind power generator located on the wind side.
前記制御装置は、
少なくとも、前記風上側に位置する風力発電装置の運転履歴を含む情報を格納する運転実績保持部と、
前記運転履歴に基づき前記風上側に位置する風力発電装置の損傷度を求めると共に、当該求めた損傷度に基づき前記第1の向きと前記風向データとのずれ量及び前記第2の向きと前記風向データとのずれ量の許容値を求める損傷度演算部と、を備え、
前記制御決定部は、前記算出されたずれ量が小さく、且つ、前記許容値を下回る、前記第1の向き又は第2の向きとなるよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定することを特徴とするウィンドファーム。 In the wind farm according to claim 4.
The control device is
At least, an operation record holding unit that stores information including the operation history of the wind power generation device located on the windward side, and
Based on the operation history, the degree of damage to the wind power generator located on the windward side is obtained, and based on the obtained degree of damage, the amount of deviation between the first direction and the wind direction data and the second direction and the wind direction are obtained. It is equipped with a damage degree calculation unit that obtains an allowable value for the amount of deviation from the data.
The control determination unit is located on the windward side of the rotor of the wind power generator so that the calculated deviation amount is small and the deviation amount is less than the allowable value and is in the first direction or the second direction. A wind farm characterized by determining the orientation of the wind farm.
前記制御装置は、
少なくとも、前記風上側に位置する風力発電装置の運転履歴を含む情報を格納する運転実績保持部と、
前記運転履歴に基づき前記風上側に位置する風力発電装置の損傷度を求める損傷度演算部と、を備え、
前記制御決定部は、通信インタフェースを介して取得される前記風下側に位置する風力発電装置の損傷度よりも前記風上側に位置する風力発電装置の損傷度が大きい場合、前記後流中心制御を選択して、前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の内側に位置するよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定し、前記風上側に位置する風力発電装置の損傷度よりも前記風下側に位置する風力発電装置の損傷度が大きい場合、前記後流回避制御を選択して、前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定することを特徴とするウィンドファーム。 In the wind farm according to claim 4.
The control device is
At least, an operation record holding unit that stores information including the operation history of the wind power generation device located on the windward side, and
A damage degree calculation unit for obtaining the damage degree of the wind power generation device located on the windward side based on the operation history is provided.
When the degree of damage to the wind power generator located on the leeward side is greater than the degree of damage to the wind power generator located on the leeward side acquired via the communication interface, the control determination unit controls the wake center. Select to determine the orientation of the rotating surface of the rotor of the wind turbine located on the leeward side so that the wind turbine located on the leeward side is located inside the wake region, and is located on the leeward side. When the damage degree of the wind power generation device located on the leeward side is larger than the damage degree of the wind power generation device, the wake avoidance control is selected and the wind power generation device located on the leeward side is outside the wake region. A wind farm characterized in that the direction of the rotating surface of the rotor of the wind turbine generator located on the windward side is determined so as to be located on the wind farm.
前記制御装置は、時間帯及び/又は季節に基づき電力の需要を予測する需要予測部を備え、
前記制御決定部は、前記需要予測部による電力需要が大きい場合、前記風下側に位置する風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう又は前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面が風向と正対するよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定し、前記需要予測部による電力需要が小さい場合、前記算出されたずれ量が小さい前記第1の向き又は第2の向きとなるよう前記風上側に位置する風力発電装置のロータの回転面の向きを決定することを特徴とするウィンドファーム。 In the wind farm according to claim 4.
The control device includes a demand forecasting unit that forecasts the demand for electric power based on the time zone and / or the season.
When the power demand by the demand forecasting unit is large, the control determination unit determines that the wind power generator located on the leeward side is located outside the wake region or the rotor of the wind power generator located on the windward side. The direction of the rotating surface of the rotor of the wind power generator located on the windward side is determined so that the rotating surface faces the wind direction, and when the power demand by the demand forecasting unit is small, the calculated deviation amount is small. A wind farm characterized in that the orientation of the rotating surface of the rotor of the wind power generator located on the windward side is determined so as to be the orientation of the wind farm or the second orientation.
少なくとも風を受けて回転するロータと、
前記ロータの回転面の向きを制御するヨー角制御装置と、
風向データと前記ロータの回転面の向きの情報に基づき後流領域を決定し、決定した前記後流領域と風下側に位置する他の風力発電装置の位置情報に基づき、前記ロータの回転面の向きを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記風力発電装置を通過した風車後流が部分的に流入する前記風下側に位置する他の風力発電装置が存在する場合、前記風下側に位置する他の風力発電装置が後流領域の内側に位置するように前記ロータの回転面の向きを制御する後流中心制御と、後流領域の外側に位置するように前記ロータの回転面の向きを制御する後流回避制御とを備え、前記決定した前記後流領域及び風下側に位置する風力発電装置の位置情報に基づき後流中心制御と後流回避制御の何れか一方を選択することを特徴とする風力発電装置。 A wind farm that can be installed in a wind farm
At least a rotor that rotates in response to the wind,
A yaw angle control device that controls the direction of the rotating surface of the rotor,
The wake region is determined based on the wind direction data and the information on the direction of the rotating surface of the rotor, and based on the position information of the determined wake region and other wind power generators located on the leeward side, the rotating surface of the rotor Equipped with a control device to control the orientation,
In the control device, if there is another wind power generation device located on the leeward side in which the wake of the wind turbine that has passed through the wind power generation device partially flows in, the other wind power generation device located on the leeward side is behind. A wake center control that controls the direction of the rotating surface of the rotor so as to be located inside the flow region, and a wake avoidance control that controls the direction of the rotating surface of the rotor so that it is located outside the wake region. The wind power generation device is characterized in that either wake center control or wake avoidance control is selected based on the determined position information of the wake region and the wind power generation device located on the leeward side.
前記制御装置は、前記風下側に位置する他の風力発電装置が受ける荷重を低減するよう、前記ロータの回転面の向きを制御することを特徴とする風力発電装置。 In the wind power generator according to claim 8.
The control device is a wind power generation device that controls the direction of a rotating surface of the rotor so as to reduce a load received by another wind power generation device located on the leeward side.
前記制御装置は、前記後流中心制御において、前記風下側に位置する他の風力発電装置が後流領域の中央に位置するよう、前記ロータの回転面の向きを制御することを特徴とする風力発電装置。 In the wind power generator according to claim 8 or 9.
It said controller, in the wake central control, so as to be positioned at the center of the other wind turbine generator is the wake region located on the leeward side, and controlling the orientation of the plane of rotation of said rotor wind Power generator.
前記制御装置は、
前記風下側に位置する他の風力発電装置が前記後流領域の内側に位置するよう、前記後流中心制御における、前記ロータの回転面の向きである第1の向きを演算すると共に、前記風下側に位置する他の風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう、前記後流回避制御における、前記ロータの回転面の向きである第2の向きを演算するヨー角演算部と、
前記第1の向きと前記風向データとのずれ量及び前記第2の向きと前記風向データとのずれ量を算出し、当該算出されたずれ量が小さい前記第1の向き又は第2の向きとなるよう前記ロータの回転面の向きを決定する制御決定部と、を備えることを特徴とする風力発電装置。 In the wind power generator according to claim 10.
The control device is
The first direction, which is the direction of the rotating surface of the rotor in the wake center control , is calculated so that the other wind power generator located on the leeward side is located inside the leeward region, and the leeward direction is calculated. A yaw angle calculation unit that calculates a second direction, which is the direction of the rotating surface of the rotor, in the wake avoidance control so that the other wind power generator located on the side is located outside the leeward region.
The amount of deviation between the first direction and the wind direction data and the amount of deviation between the second direction and the wind direction data are calculated, and the calculated deviation amount is small as the first direction or the second direction. A wind power generator including a control determination unit that determines the direction of the rotating surface of the rotor so as to be.
前記制御装置は、
少なくとも運転履歴を含む情報を格納する運転実績保持部と、
前記運転履歴に基づき損傷度を求めると共に、当該求めた損傷度に基づき前記第1の向きと前記風向データとのずれ量及び前記第2の向きと前記風向データとのずれ量の許容値を求める損傷度演算部と、を備え、
前記制御決定部は、前記算出されたずれ量が小さく、且つ、前記許容値を下回る、前記第1の向き又は第2の向きとなるよう前記ロータの回転面の向きを決定することを特徴とする風力発電装置。 In the wind power generator according to claim 11.
The control device is
A driving record holding unit that stores information including at least driving history,
The degree of damage is obtained based on the operation history, and the permissible value of the amount of deviation between the first direction and the wind direction data and the amount of deviation between the second direction and the wind direction data is obtained based on the obtained degree of damage. Equipped with a damage degree calculation unit
The control determination unit is characterized in that the orientation of the rotating surface of the rotor is determined so that the calculated deviation amount is small and the orientation is the first orientation or the second orientation, which is less than the allowable value. Wind power generator.
前記制御装置は、
少なくとも運転履歴を含む情報を格納する運転実績保持部と、
前記運転履歴に基づき損傷度を求める損傷度演算部と、を備え、
前記制御決定部は、通信インタフェースを介して取得される前記風下側に位置する他の風力発電装置の損傷度よりも前記損傷度演算部により求めた損傷度が大きい場合、前記後流中心制御を選択して、前記風下側に位置する他の風力発電装置が前記後流領域の内側に位置するよう前記ロータの回転面の向きを決定し、前記損傷度演算部により求めた損傷度よりも前記風下側に位置する他の風力発電装置の損傷度が大きい場合、前記後流回避制御を選択して、前記風下側に位置する他の風力発電装置が前記後流領域の外側に位置するよう前記ロータの回転面の向きを決定することを特徴とする風力発電装置。 In the wind power generator according to claim 11.
The control device is
A driving record holding unit that stores information including at least driving history,
A damage degree calculation unit for obtaining the damage degree based on the operation history is provided.
When the damage degree obtained by the damage degree calculation unit is larger than the damage degree of the other wind power generation device located on the leeward side acquired via the communication interface, the control determination unit controls the wake center. Select and determine the orientation of the rotating surface of the rotor so that the other wind turbine generator located on the leeward side is located inside the wake region, and the degree of damage is higher than the degree of damage obtained by the damage degree calculation unit. When the degree of damage of the other wind turbines located on the leeward side is large, the wake avoidance control is selected so that the other wind turbines located on the leeward side are located outside the leeward region. A wind power generator characterized in determining the orientation of the rotating surface of a rotor.
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